InGenio Journal
Revista de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo
https://revistas.uteq.edu.ec/index.php/ingenio
e-ISSN: 2697-3642 - CC BY-NC-SA 4.0InGenio Journal
Revista de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo
https://revistas.uteq.edu.ec/index.php/ingenio
e-ISSN: 2697-3642 CC BY-NC-SA 4.0
Volumen X | Número X | Pp. X–X | Mes 20XX Recibido (Received): 20XX/mm/dd
DOI: https://doi.org/10.18779/ingenio.vi.nm Aceptado (Accepted): 20XX/mm/dd
Efecto del tratamiento superficial ante la adherencia
de la resina epóxica entre el acero estructural y fibra
de carbono unidireccional
(Effect of surface treatment on epoxy resin adhesion between structural
steel y unidirectional carbon fiber)
Luis Giovanni Tigmasa Paredes , Carlos Daniel Guerra Chiquito , Jordi Javier Escobar
Altamirano , Francisco Agustín Peña Jordán
Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Universidad Técnica de Ambato, Ambato, Ecuador.
ltigmasa3242@uta.edu.ec, cguerra7115@uta.edu.ec, jescobar4720@uta.edu.ec, fa.pena@uta.edu.ec
Resumen: En la actualidad, la tecnología ha permitido desarrollar materiales alternativos
que reemplazan en ciertas aplicaciones a los materiales convencionales. Uno de estos
materiales es la fibra de carbono unidireccional, la cual es utilizada para el reforzamiento de
estructuras existentes, ya sean de acero u hormigón, el medio de unión de la fibra de
carbono y el acero es la resina epóxica. Específicamente en estructuras de acero se ha
detectado problemas de adherencia en la interfaz acero y resina epóxica. Diferentes tipos de
tratamientos de limpieza superficial aplicados sobre el acero se utilizan para determinar el
grado de adherencia en la interfaz entre la resina epóxica y el acero estructural, mediante
ensayos de tensión a juntas traslapadas simples. Se logro identificar que la rugosidad es una
variable importante en la resistencia de la junta. Para modificar la rugosidad se aplicó
diferentes métodos de limpieza superficial, obteniendo distintas rugosidades. Los mejores
resultados para la resistencia a la adherencia fueron los tratamientos de limpieza: disco de
cerdas de acero y granallado. Por medio de esta investigación determinó la resistencia a la
adherencia para aplicaciones prácticas para el reforzamiento de estructuras de acero.
Palabras clave: Desplazamiento, reforzamiento, rugosidad, adherencia, falla del adhesivo.
Abstract: Currently, technology has enabled the development of alternative materials that,
in certain applications, replace conventional materials. One of these materials is
unidirectional carbon fiber, which is used to reinforce existing structures, whether made of
steel or concrete. The bonding medium between carbon fiber and steel is epoxy resin.
Specifically, in steel structures, adhesion issues have been detected at the steel-epoxy resin
interface. Different types of surface cleaning treatments applied to the steel are used to
determine the degree of adhesion at the interface between the epoxy resin and structural
steel through tensile tests on simple lap joints. It was identified that roughness is a key
variable in joint strength. To modify roughness, different surface cleaning methods were
applied, resulting in various roughness levels. The best results for adhesion strength were
obtained with the cleaning treatments using a steel-bristle disc and shot blasting. Through
this research, the adhesion strength for practical applications in steel structure
reinforcement was determined.
Keywords: Displacement, reinforcement, roughness, adhesion, adhesive failure.
1. INTRODUCCIÓN
Las propiedades físicas y mecánicas que presentan los materiales compuestos, se han
constituido como ventajas ante los materiales convencionales, ante lo cual se usan ampliamente
para aplicaciones en el campo de la ingeniería civil, mecánica, aeroespacial y biomédicas [1].
Efecto del tratamiento superficial ante la adherencia de
la resina epóxica entre el acero estructural y fibra de
carbono unidireccional
(Effect of surface treatment on epoxy resin adhesion between structural
steel y unidirectional carbon fiber)
Luis Giovanni Tigmasa Paredes , Carlos Daniel Guerra Chiquito , Jordi Javier Escobar
Altamirano , Francisco Agustín Peña Jordán
Volumen 8 | Número 2 | Pp. 107–116 | Julio 2025
DOI: https://doi.org/10.18779/ingenio.v8i2.942
Recibido (Received): 2024/07/29
Aceptado (Accepted): 2025/04/15
InGenio Journal, 8(2), 107–116108InGenio Journal, 7(2), 1–4 | 2
Estas ventajas han permitido fomentar el uso para la fabricación de implementos deportivos y el
reemplazo de partes de maquinaria que usualmente se fabricaban de materiales metálicos [2].
Los compuestos poliméricos reforzados con fibra de carbono superan el rendimiento,
comparado con otros materiales, son usados en aplicaciones de alta tecnología nanoelectrónicas,
estructurales y médicas [3]. Específicamente, en el campo de la ingeniería civil, la fibra de
carbono se utiliza para reforzar vigas metálicas de puentes peatonales reforzadas con fibra de
carbono. Los resultados mostraron un incremento del 46 % de la resistencia a flexión [4];
también se estudió el efecto que produce el reforzar las vigas de hormigón con fibra de carbono,
cuyo incremento de resistencia fue de 108,8 % [5]. El reforzamiento consiste en el incremento
parcial o total de la resistencia mecánica de una estructura [6], mediante la aplicación de
láminas de unidireccionales, previamente fabricadas las cuales se apilan y se unen por medio de
una matriz epóxica, hasta formar platinas de determinado espesor [7].
Aunque el material compuesto con fibra de carbono mejora la resistencia a flexión, el
incremento de la deformación elástica puede provocar la separación en la intercara acero fibra,
en su mayoría ocurre en los extremos de la fibra de carbono, debido a la concentración de
esfuerzos o también debido al control de curado del adhesivo epóxico [4], [8], [9]. La
rugosidad de la superficie donde se aplicara el reforzamiento con fibra de carbono tiene relación
directa con la calidad de las propiedades adhesivas en la intercara acero fibra [10], [11]. La
rugosidad del sustrato depende del tratamiento superficial, la cual es una variable dominante en
la adhesión inicial entre el adhesivo y los sustratos de acero [12].
Una manera de unir la fibra de carbono al acero, es mediante una resina epóxica la cual
creara una unión adhesiva con el sustrato [13]. Las uniones adhesivas presentan muchas
ventajas en comparación con otras uniones tradicionales como las uniones soldadas, debido a
que ofrecen una unión continua con distribución homogénea de tensiones, además son capaces
de unir materiales metálicos y materiales compuestos [14]. La unión adhesiva entre la fibra de
carbono y el material a reforzar, consiste en aplicar resina epóxica entre los materiales a unir
[15]. Existen varios tipos de uniones adhesivas, entre las cuales se destacan la unión adhesiva
estructural, las cuales soportan esfuerzos significativos, razón por la que son útiles para
reforzamiento estructurales [16]. Para representar la unión entre el acero y la fibra de carbono
unidireccional, se usó la junta traslapada simple, debido a que es la que con mayor precisión
reproduce las condiciones de trabajo, la cual describe una falla por esfuerzo cortante de la unión
adhesiva, a través del desprendimiento de la interfaz [14], [17]. Las fallas en las uniones
adhesivas pueden ser: adhesivas, la cual consiste en la falla de la interfaz del sustrato y
adhesivo; cohesivas, la cual consiste en la fractura del adhesivo al romper las fuerzas de
cohesión [18].
En la presente investigación se ensayan juntas traslapadas simples entre el acero estructural
y fibra de carbono unidireccional, unido mediante adhesivo epóxico; cada grupo de probetas se
aplicarán diferentes tratamientos de limpieza en el acero, con el objetivo de determinar las
rugosidades que otorguen el mayor grado resistencia, por lo tanto, verificar la mejor adherencia
de la junta epóxica.
2. METODOLOGÍA
2.1. Materiales
Los ensayos de tensión se ejecutaron con acero estructural ASTM A36, fibra de carbono
unidireccional y resina epóxica; las propiedades se encuentran desde la Tabla 1 a la Tabla 3,
respectivamente.
Estas ventajas han permitido fomentar el uso para la fabricación de implementos deportivos y el
reemplazo de partes de maquinaria que usualmente se fabricaban de materiales metálicos [2].
Los compuestos poliméricos reforzados con fibra de carbono superan el rendimiento,
comparado con otros materiales, son usados en aplicaciones de alta tecnología nanoelectrónicas,
estructurales y médicas [3]. Específicamente, en el campo de la ingeniería civil, la fibra de
carbono se utiliza para reforzar vigas metálicas de puentes peatonales reforzadas con fibra de
carbono. Los resultados mostraron un incremento del 46 % de la resistencia a flexión [4];
también se estudió el efecto que produce el reforzar las vigas de hormigón con fibra de carbono,
cuyo incremento de resistencia fue de 108,8 % [5]. El reforzamiento consiste en el incremento
parcial o total de la resistencia mecánica de una estructura [6], mediante la aplicación de
láminas de unidireccionales, previamente fabricadas las cuales se apilan y se unen por medio de
una matriz epóxica, hasta formar platinas de determinado espesor [7].
Aunque el material compuesto con fibra de carbono mejora la resistencia a flexión, el
incremento de la deformación elástica puede provocar la separación en la intercara acero fibra,
en su mayoría ocurre en los extremos de la fibra de carbono, debido a la concentración de
esfuerzos o también debido al control de curado del adhesivo epóxico [4], [8], [9]. La
rugosidad de la superficie donde se aplicara el reforzamiento con fibra de carbono tiene relación
directa con la calidad de las propiedades adhesivas en la intercara acero fibra [10], [11]. La
rugosidad del sustrato depende del tratamiento superficial, la cual es una variable dominante en
la adhesión inicial entre el adhesivo y los sustratos de acero [12].
Una manera de unir la fibra de carbono al acero, es mediante una resina epóxica la cual
creara una unión adhesiva con el sustrato [13]. Las uniones adhesivas presentan muchas
ventajas en comparación con otras uniones tradicionales como las uniones soldadas, debido a
que ofrecen una unión continua con distribución homogénea de tensiones, además son capaces
de unir materiales metálicos y materiales compuestos [14]. La unión adhesiva entre la fibra de
carbono y el material a reforzar, consiste en aplicar resina epóxica entre los materiales a unir
[15]. Existen varios tipos de uniones adhesivas, entre las cuales se destacan la unión adhesiva
estructural, las cuales soportan esfuerzos significativos, razón por la que son útiles para
reforzamiento estructurales [16]. Para representar la unión entre el acero y la fibra de carbono
unidireccional, se usó la junta traslapada simple, debido a que es la que con mayor precisión
reproduce las condiciones de trabajo, la cual describe una falla por esfuerzo cortante de la unión
adhesiva, a través del desprendimiento de la interfaz [14], [17]. Las fallas en las uniones
adhesivas pueden ser: adhesivas, la cual consiste en la falla de la interfaz del sustrato y
adhesivo; cohesivas, la cual consiste en la fractura del adhesivo al romper las fuerzas de
cohesión [18].
En la presente investigación se ensayan juntas traslapadas simples entre el acero estructural
y fibra de carbono unidireccional, unido mediante adhesivo epóxico; cada grupo de probetas se
aplicarán diferentes tratamientos de limpieza en el acero, con el objetivo de determinar las
rugosidades que otorguen el mayor grado resistencia, por lo tanto, verificar la mejor adherencia
de la junta epóxica.
2. METODOLOGÍA
2.1. Materiales
Los ensayos de tensión se ejecutaron con acero estructural ASTM A36, fibra de carbono
unidireccional y resina epóxica; las propiedades se encuentran desde la Tabla 1 a la Tabla 3,
respectivamente.
InGenio Journal, 8(2), 107–116109InGenio Journal, 7(2), 1–4 | 3
Tabla 1. Propiedades mecánicas del acero ASTM A36.
Material Densidad
[kg/m 3]
Módulo de
elasticidad
[MPa]
Coeficiente
de Poisson
Limite a
la
cedencia
[MPa]
Límite de
tracción
[MPa]
Ductilidad
A36 7.890 200.000 0,3 250 400 0,283
Tabla 2. Propiedades mecánicas de la fibra de carbono unidireccional.
Material Módulo de elasticidad
[GPa]
Relación de
Poisson
Módulo de corte
[GPa]
E 230 230 0,23 9
Tabla 3. Propiedades mecánicas de la resina epóxica.
Módulo de elasticidad
[GPa]
Relación de
Poisson
Módulo de
corte
[GPa]
3,78 0,35 1,4
2.2. Equipos
2.2.1. Ensayo de tracción
La máquina para ejecutar los ensayos de tracción es Metrotest STH-2.000/, la capacidad de
carga es de 400 kN a 2.000 kN. Precisión en la medición de la carga: ± 0,5 %.
2.2.2 Medición de rugosidad
Rugosímetro Mitutoyo SJ-210, precisión de 0,2 um a 1,6 μm.
2.2.3 Equipos para el tratamiento de limpieza de superficies
• Equipo de granallado.
• Amoladora angular.
• Equipo de accionamiento eléctrico para el proceso de chorro de cerdas
2.2.4. Medición de peso de la resina epóxica
Balanza digital con precisión de 0,05lb/0,02kg.
2.2.5. Consumibles
• Disco abrasivo
• Disco de cerdas de acero
• Disco de lija #100
2.3. Métodos
2.3.1. Probetas
Las probetas están formadas por una parte de acero y otra parte de fibra de carbono
unidireccional. Los distintos tratamientos de limpieza para obtener una de las superficies
rugosas, se identifican como: SDC, limpieza con disco de lija; GDC, limpieza con disco de
desbaste; MC, limpieza manual; BC, limpieza con granalla; BB, limpieza con disco de cerdas de
acero inoxidable.
Tabla 1. Propiedades mecánicas del acero ASTM A36.
Material Densidad
[kg/m 3]
Módulo de
elasticidad
[MPa]
Coeficiente
de Poisson
Limite a
la
cedencia
[MPa]
Límite de
tracción
[MPa]
Ductilidad
A36 7.890 200.000 0,3 250 400 0,283
Tabla 2. Propiedades mecánicas de la fibra de carbono unidireccional.
Material Módulo de elasticidad
[GPa]
Relación de
Poisson
Módulo de corte
[GPa]
E 230 230 0,23 9
Tabla 3. Propiedades mecánicas de la resina epóxica.
Módulo de elasticidad
[GPa]
Relación de
Poisson
Módulo de
corte
[GPa]
3,78 0,35 1,4
2.2. Equipos
2.2.1. Ensayo de tracción
La máquina para ejecutar los ensayos de tracción es Metrotest STH-2.000/, la capacidad de
carga es de 400 kN a 2.000 kN. Precisión en la medición de la carga: ± 0,5 %.
2.2.2 Medición de rugosidad
Rugosímetro Mitutoyo SJ-210, precisión de 0,2 um a 1,6 μm.
2.2.3 Equipos para el tratamiento de limpieza de superficies
• Equipo de granallado.
• Amoladora angular.
• Equipo de accionamiento eléctrico para el proceso de chorro de cerdas
2.2.4. Medición de peso de la resina epóxica
Balanza digital con precisión de 0,05lb/0,02kg.
2.2.5. Consumibles
• Disco abrasivo
• Disco de cerdas de acero
• Disco de lija #100
2.3. Métodos
2.3.1. Probetas
Las probetas están formadas por una parte de acero y otra parte de fibra de carbono
unidireccional. Los distintos tratamientos de limpieza para obtener una de las superficies
rugosas, se identifican como: SDC, limpieza con disco de lija; GDC, limpieza con disco de
desbaste; MC, limpieza manual; BC, limpieza con granalla; BB, limpieza con disco de cerdas de
acero inoxidable.
InGenio Journal, 8(2), 107–116110InGenio Journal, 7(2), 1–4 | 4
Las dimensiones de solapamiento se estimaron según la norma ASTM D1002, Ecuación 1.
(1)
Donde:
L: longitud de solapamiento [in]
Fy: Limite de cedencia del material mas débil [psi]
t: Espesor del acero [in]
τ: Resistencia media al cizallamiento estimada de la union adhesiva [psi], corresponde al 150%
de la fuerza cortante del adhesivo epoxico.
Las dimensiones calculadas para todas las probetas se muestran en la Figura 1.
Figura 1. Dimensiones de las probetas. AC: área para sujetar en las mordazas de la máquina
de ensayos; ER: resina epóxica; UCF: fibra de carbono unidireccional; A36: acero ASTM A36.
2.3.2. Preparación de las superficies y juntas simples
Las superficies de contacto en el acero de las probetas se prepararon con distintos métodos
de limpieza para obtener las distintas rugosidades en la superficie del acero. Las superficies con
distintos tipos de limpieza se identifican en la Tabla 4. Para cada tratamiento de limpieza
superficial se prepararon 5 probetas. Se aplicó una presión de curado de la resina de 42 kPa, con
un tiempo de reposo de 72 horas. La mezcla de la resina epóxica se preparó con una relación de
3 a 1 en peso, medido en una balanza digital.
Tabla 4. Tratamiento limpieza aplicado a la superficie de contacto en el acero.
Tratamiento Limpieza Aplicación Parámetros
SDC Disco de lija # 100 Amoladora angular 12.000 RPM
GDC Disco de desbaste Amoladora angular 12.000 RPM
MC Manual Cepillo de alambre Hasta eliminar
impurezas
BC Granalla Equipo de granallado
820 Pa, granalla
metálica: S780 –
2mm
BB Disco de cerdas de acero Equipo de accionamiento
eléctrico 2.300 RPM
Las dimensiones de solapamiento se estimaron según la norma ASTM D1002, Ecuación 1.
(1)
Donde:
L: longitud de solapamiento [in]
Fy: Limite de cedencia del material mas débil [psi]
t: Espesor del acero [in]
τ: Resistencia media al cizallamiento estimada de la union adhesiva [psi], corresponde al 150%
de la fuerza cortante del adhesivo epoxico.
Las dimensiones calculadas para todas las probetas se muestran en la Figura 1.
Figura 1. Dimensiones de las probetas. AC: área para sujetar en las mordazas de la máquina
de ensayos; ER: resina epóxica; UCF: fibra de carbono unidireccional; A36: acero ASTM A36.
2.3.2. Preparación de las superficies y juntas simples
Las superficies de contacto en el acero de las probetas se prepararon con distintos métodos
de limpieza para obtener las distintas rugosidades en la superficie del acero. Las superficies con
distintos tipos de limpieza se identifican en la Tabla 4. Para cada tratamiento de limpieza
superficial se prepararon 5 probetas. Se aplicó una presión de curado de la resina de 42 kPa, con
un tiempo de reposo de 72 horas. La mezcla de la resina epóxica se preparó con una relación de
3 a 1 en peso, medido en una balanza digital.
Tabla 4. Tratamiento limpieza aplicado a la superficie de contacto en el acero.
Tratamiento Limpieza Aplicación Parámetros
SDC Disco de lija # 100 Amoladora angular 12.000 RPM
GDC Disco de desbaste Amoladora angular 12.000 RPM
MC Manual Cepillo de alambre Hasta eliminar
impurezas
BC Granalla Equipo de granallado
820 Pa, granalla
metálica: S780 –
2mm
BB Disco de cerdas de acero Equipo de accionamiento
eléctrico 2.300 RPM
InGenio Journal, 8(2), 107–116111InGenio Journal, 7(2), 1–4 | 5
2.3.3. Aplicación de los ensayos
Posterior a la limpieza superficial, se midieron las rugosidades en el acero de cada una de las
probetas. Se obtuvieron los resultados correspondientes a cada probeta, según el tratamiento de
limpieza superficial aplicado. Luego de aplicar la resina epóxica para unir el acero con la fibra
de carbono, y tras el tiempo de curado manteniendo la presión en cada una de las juntas, se
realizó el ensayo de tracción. La velocidad de aplicación de la carga axial fue de 1,3 mm/min.
3. RESULTADOS
Los resultados de rugosidad de cada tratamiento superficial se presentan en la Figura 2. Se
observa que existe una gran diferencia en el tratamiento de granallado y la limpieza con disco de
cerdas, en comparación a los demás tratamientos superficiales.
Figura 2. Resultados de rugosidad según el tipo de limpieza de superficie aplicado.
En las Figuras 3, 4, 5, 6 y 7 se muestran los resultados del ensayo de tensión para cada una
de las limpiezas superficiales, donde se puede verificar que las mayores resistencias se
presentan en las probetas tratadas con granallado y con disco de cerdas. En cada una de estas
Figuras se observa el desplazamiento registrado ante la fuerza aplicada. Se evidencia que la
limpieza con granallado y disco de cerdas metálicas poseen mayor resistencia en comparación a
los demás métodos, según las Figuras 6 y 7.
Figura 3. Resultados del ensayo de tracción de las probetas limpiadas con disco de lija.
2.3.3. Aplicación de los ensayos
Posterior a la limpieza superficial, se midieron las rugosidades en el acero de cada una de las
probetas. Se obtuvieron los resultados correspondientes a cada probeta, según el tratamiento de
limpieza superficial aplicado. Luego de aplicar la resina epóxica para unir el acero con la fibra
de carbono, y tras el tiempo de curado manteniendo la presión en cada una de las juntas, se
realizó el ensayo de tracción. La velocidad de aplicación de la carga axial fue de 1,3 mm/min.
3. RESULTADOS
Los resultados de rugosidad de cada tratamiento superficial se presentan en la Figura 2. Se
observa que existe una gran diferencia en el tratamiento de granallado y la limpieza con disco de
cerdas, en comparación a los demás tratamientos superficiales.
Figura 2. Resultados de rugosidad según el tipo de limpieza de superficie aplicado.
En las Figuras 3, 4, 5, 6 y 7 se muestran los resultados del ensayo de tensión para cada una
de las limpiezas superficiales, donde se puede verificar que las mayores resistencias se
presentan en las probetas tratadas con granallado y con disco de cerdas. En cada una de estas
Figuras se observa el desplazamiento registrado ante la fuerza aplicada. Se evidencia que la
limpieza con granallado y disco de cerdas metálicas poseen mayor resistencia en comparación a
los demás métodos, según las Figuras 6 y 7.
Figura 3. Resultados del ensayo de tracción de las probetas limpiadas con disco de lija.
InGenio Journal, 8(2), 107–116112InGenio Journal, 7(2), 1–4 | 6
Figura 4. Resultados del ensayo de tracción de probetas con limpieza de disco abrasivo.
Figura 5. Resultados del ensayo de tracción para probetas con limpieza manual.
Figura 6. Resultados del ensayo de tracción de las probetas con limpieza por granallado.
Figura 4. Resultados del ensayo de tracción de probetas con limpieza de disco abrasivo.
Figura 5. Resultados del ensayo de tracción para probetas con limpieza manual.
Figura 6. Resultados del ensayo de tracción de las probetas con limpieza por granallado.
InGenio Journal, 8(2), 107–116113InGenio Journal, 7(2), 1–4 | 7
Figura 7. Resultados del ensayo de tracción de probetas con limpieza por disco de cerdas de
acero.
Los resultados de esfuerzo cortante se presentan en la Figura 8. Las mayores resistencias
ante esfuerzos cortantes se en las probetas con limpieza superficial mediante granallado.
Figura 8. Resultados de esfuerzos cortantes en función del tipo de limpieza aplicada en las
superficies.
El tipo de falla adhesiva se presentó en las probetas con limpieza superficial: manual, con
disco abrasivo, con disco de lija y con disco de cerdas, mientras que la combinación de fallas
adhesiva y cohesiva se presentó en las probetas con limpieza mediante granallado. En las
Figuras 9, 10 y 11 se identifican, respectivamente, las fallas descritas.
Figura 9. Fallas de adherencia, se produjeron en probetas con limpieza superficial: manual,
disco abrasivo, disco de lija.
Figura 7. Resultados del ensayo de tracción de probetas con limpieza por disco de cerdas de
acero.
Los resultados de esfuerzo cortante se presentan en la Figura 8. Las mayores resistencias
ante esfuerzos cortantes se en las probetas con limpieza superficial mediante granallado.
Figura 8. Resultados de esfuerzos cortantes en función del tipo de limpieza aplicada en las
superficies.
El tipo de falla adhesiva se presentó en las probetas con limpieza superficial: manual, con
disco abrasivo, con disco de lija y con disco de cerdas, mientras que la combinación de fallas
adhesiva y cohesiva se presentó en las probetas con limpieza mediante granallado. En las
Figuras 9, 10 y 11 se identifican, respectivamente, las fallas descritas.
Figura 9. Fallas de adherencia, se produjeron en probetas con limpieza superficial: manual,
disco abrasivo, disco de lija.
InGenio Journal, 8(2), 107–116114InGenio Journal, 7(2), 1–4 | 8
Figura 10. Falla adherencia/cohesión, se produjeron en las muestras con limpieza superficial
por granallado.
Figura 11. Fallas adhesivas, se produjo en muestras con limpieza superficial por disco de
cerdas.
4. DISCUSIÓN
En la investigación “Propiedades mecánicas de una selección de adhesivos epoxi y Uniones
Adhesivas de Chapas de Acero” [19]. La investigación indica que existe una rugosidad máxima
aproximada de 12 um, dio un valor de esfuerzo de entre 6 a 14 MPa; sin embargo, no especifica
el tipo de tratamiento de limpieza aplicado a la superficie.
Mientras que en la investigación “Influencia de la rugosidad de la superficie y del espesor
de la línea de unión en el rendimiento de adhesión de juntas adhesivas epóxicas sobre sustratos
de acero al carbono” [20], aborda los tratamientos superficiales utilizados mediante lijas y
granallado con óxidos de aluminio, muestran rugosidades promedio va desde 0,2 a 8,52 um. El
esfuerzo máximo obtenido es para el tratamiento con el óxido de aluminio 20, dyo un resultado
de esfuerzo de la junta entre 9 y 12 MPa. Las fallas predominantes en las juntas son fallas
adhesivas y cohesivas. Estas fallas se presentan de manera similar comparado con el método de
granallado y disco de cerdas analizado en la presente investigación.
Los resultados obtenidos muestran una tendencia similar comparado con otras
investigaciones, sin embargo, es importante conocer la rugosidad superficial según el tipo de
limpieza, debido a que el propósito es tener una base practica para posteriores investigaciones
enfocadas al refuerzo de estructuras de acero utilizando fibra de carbono y resina epóxica.
5. CONCLUSIONES
Para los tratamientos de limpieza superficial propuestos en esta investigación, se evidencia
proporcionalidad entre la rugosidad y la resistencia de la junta; es decir, entre mayor es la
rugosidad, mayor es la resistencia.
En las Figuras 3, 4, 5 y 7, se observa que los tratamientos de limpieza superficial SDC,
GDC, MC y BB no poseen una tendencia aproximada en las curvas que se forman con los datos
de fuerzas y desplazamientos. Sin embargo, en la junta con limpieza superficial BC (Figura 6),
la tendencia de los resultados es aproximada; esto se debe a que los tratamientos de limpieza
superficial son ejecutados directa o indirectamente de manera manual, a excepción del
tratamiento de limpieza superficial BC.
En la Figura 2, donde se presentan los resultados de rugosidad según el tipo de limpieza de
superficie aplicado, se observa que se presentan dos grupos cuyos resultados son aproximados.
Figura 10. Falla adherencia/cohesión, se produjeron en las muestras con limpieza superficial
por granallado.
Figura 11. Fallas adhesivas, se produjo en muestras con limpieza superficial por disco de
cerdas.
4. DISCUSIÓN
En la investigación “Propiedades mecánicas de una selección de adhesivos epoxi y Uniones
Adhesivas de Chapas de Acero” [19]. La investigación indica que existe una rugosidad máxima
aproximada de 12 um, dio un valor de esfuerzo de entre 6 a 14 MPa; sin embargo, no especifica
el tipo de tratamiento de limpieza aplicado a la superficie.
Mientras que en la investigación “Influencia de la rugosidad de la superficie y del espesor
de la línea de unión en el rendimiento de adhesión de juntas adhesivas epóxicas sobre sustratos
de acero al carbono” [20], aborda los tratamientos superficiales utilizados mediante lijas y
granallado con óxidos de aluminio, muestran rugosidades promedio va desde 0,2 a 8,52 um. El
esfuerzo máximo obtenido es para el tratamiento con el óxido de aluminio 20, dyo un resultado
de esfuerzo de la junta entre 9 y 12 MPa. Las fallas predominantes en las juntas son fallas
adhesivas y cohesivas. Estas fallas se presentan de manera similar comparado con el método de
granallado y disco de cerdas analizado en la presente investigación.
Los resultados obtenidos muestran una tendencia similar comparado con otras
investigaciones, sin embargo, es importante conocer la rugosidad superficial según el tipo de
limpieza, debido a que el propósito es tener una base practica para posteriores investigaciones
enfocadas al refuerzo de estructuras de acero utilizando fibra de carbono y resina epóxica.
5. CONCLUSIONES
Para los tratamientos de limpieza superficial propuestos en esta investigación, se evidencia
proporcionalidad entre la rugosidad y la resistencia de la junta; es decir, entre mayor es la
rugosidad, mayor es la resistencia.
En las Figuras 3, 4, 5 y 7, se observa que los tratamientos de limpieza superficial SDC,
GDC, MC y BB no poseen una tendencia aproximada en las curvas que se forman con los datos
de fuerzas y desplazamientos. Sin embargo, en la junta con limpieza superficial BC (Figura 6),
la tendencia de los resultados es aproximada; esto se debe a que los tratamientos de limpieza
superficial son ejecutados directa o indirectamente de manera manual, a excepción del
tratamiento de limpieza superficial BC.
En la Figura 2, donde se presentan los resultados de rugosidad según el tipo de limpieza de
superficie aplicado, se observa que se presentan dos grupos cuyos resultados son aproximados.
InGenio Journal, 8(2), 107–116115InGenio Journal, 7(2), 1–4 | 9
El primer grupo son los tratamientos superficiales SDC, GDC y MC, los cuales son menores en
comparación al grupo con tratamiento de limpieza superficial BC y BB.
La combinación de falla adhesiva/cohesiva se presenta en las probetas con superficies
granalladas (BC), lo cual evidencia que este tratamiento de limpieza superficial produce mejores
resultados. Presenta una falla cohesiva, es decir, la falla de la junta es en la resina epóxica y no
de la interfaz del sustrato resina, evidenció que la rugosidad del tratamiento de limpieza con
granallado (BC) tiene la mayor resistencia en comparación a los demás métodos utilizados.
En aplicaciones prácticas para reforzamientos estructurales, el tratamiento de limpieza con
granallado (BC), es complicado debido a que requiere de equipamiento adecuado, tanto para el
proceso como para la seguridad de quien opera el equipo de granallado. Razón por la cual es
evidente la ventaja del tratamiento superficial mediante disco de cerdas (BB), puesto que se usa
equipos manuales, lo que facilita los trabajos de limpieza de forma práctica. Mediante esta
diferencia se recomienda investigar más acerca de las adherencias que se pueden obtener con el
tratamiento de limpieza usando disco de cerdas (BB).
REFERENCIAS
[1] E. Monaldo, F. Nerilli, and G. Vairo, “Basalt-based fiber-reinforced materials y
structural applications in civil engineering”, Composite Structures, vol. 214, pp. 246–
263, apr. 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.02.002
[2] V. H. Martínez-Lyeros, S. Y. Vargas-Islas, C. E. Cruz-González, S. Barrera, K.
Mourtazov, and R. Ramírez-Bon, “Studies on the influence of surface treatment type, in
the effectiveness of structural adhesive bonding, for carbon fiber reinforced
composites”, Journal of Manufacturing Processes, vol. 39, pp. 160–166, mar. 2019.
[Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.02.014
[3] K. Shirvanimoghaddam et al., “Carbon fiber reinforced metal matrix composites:
Fabrication processes y properties”, Composites Part A: Applied Science and
Manufacturing, vol. 92, pp. 70-96, jan. 2017. [Online]. Available:
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2016.10.032
[4] S. Selvaraj, and M. Madhavan, “Retrofitting of steel beams using low-modulus carbon
fiber reinforced polymer laminates”, Journal of Constructional Steel Research, vol.
167, apr. 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.105825
[5] A. Sakbana, and M. Masreib, “Finite element analysis of CFRP–reinforced concrete
beams”, Revista ingeniería de construcción, vol. 35, no. 2, pp. 148–169, aug. 2020.
[Online]. Available: https://doi.org/10.4067/S0718-50732020000200148
[6] M. M. Theurer, and J. Rodriguez, “Las fibras de carbono como una alternativa para
reforzamiento de estructuras”, Ingeniería, vol. 20, no. 1, pp. 57–62, 2016. [Online].
Available: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=46750927006
[7] Y. S. Mohamed, and A. Abdelbary, “Theoretical y experimental study on the influence
of fiber orientation on the tensile properties of unidirectional carbon fiber/epoxy
composite”, Alexandria Engineering Journal, vol. 67, pp. 693–705, mar. 2023.
[Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.aej.2022.12.058
[8] A. Al-Ridha, A. Atshan, K. Mahmoud, and Q. Hameed, 2019, “Effect of strengthening
of steel beams with variable length by using carbon fiber”, Journal of Engineering, vol.
2019, no. 1, aug. 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1155/2019/1631692
[9] A. Paz Carvajal, L. M. Rios Gamboa, F. Casanova García, A. Leyton Virgen y J. J.
García Alvarez, “Fabricación y caracterización mecánica de un laminado de fibra de
carbono en matriz de resina epoxi”, Scientia et Technica, vol. 22, no. 3, 2017, pp. 262-
El primer grupo son los tratamientos superficiales SDC, GDC y MC, los cuales son menores en
comparación al grupo con tratamiento de limpieza superficial BC y BB.
La combinación de falla adhesiva/cohesiva se presenta en las probetas con superficies
granalladas (BC), lo cual evidencia que este tratamiento de limpieza superficial produce mejores
resultados. Presenta una falla cohesiva, es decir, la falla de la junta es en la resina epóxica y no
de la interfaz del sustrato resina, evidenció que la rugosidad del tratamiento de limpieza con
granallado (BC) tiene la mayor resistencia en comparación a los demás métodos utilizados.
En aplicaciones prácticas para reforzamientos estructurales, el tratamiento de limpieza con
granallado (BC), es complicado debido a que requiere de equipamiento adecuado, tanto para el
proceso como para la seguridad de quien opera el equipo de granallado. Razón por la cual es
evidente la ventaja del tratamiento superficial mediante disco de cerdas (BB), puesto que se usa
equipos manuales, lo que facilita los trabajos de limpieza de forma práctica. Mediante esta
diferencia se recomienda investigar más acerca de las adherencias que se pueden obtener con el
tratamiento de limpieza usando disco de cerdas (BB).
REFERENCIAS
[1] E. Monaldo, F. Nerilli, and G. Vairo, “Basalt-based fiber-reinforced materials y
structural applications in civil engineering”, Composite Structures, vol. 214, pp. 246–
263, apr. 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.02.002
[2] V. H. Martínez-Lyeros, S. Y. Vargas-Islas, C. E. Cruz-González, S. Barrera, K.
Mourtazov, and R. Ramírez-Bon, “Studies on the influence of surface treatment type, in
the effectiveness of structural adhesive bonding, for carbon fiber reinforced
composites”, Journal of Manufacturing Processes, vol. 39, pp. 160–166, mar. 2019.
[Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.02.014
[3] K. Shirvanimoghaddam et al., “Carbon fiber reinforced metal matrix composites:
Fabrication processes y properties”, Composites Part A: Applied Science and
Manufacturing, vol. 92, pp. 70-96, jan. 2017. [Online]. Available:
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2016.10.032
[4] S. Selvaraj, and M. Madhavan, “Retrofitting of steel beams using low-modulus carbon
fiber reinforced polymer laminates”, Journal of Constructional Steel Research, vol.
167, apr. 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.105825
[5] A. Sakbana, and M. Masreib, “Finite element analysis of CFRP–reinforced concrete
beams”, Revista ingeniería de construcción, vol. 35, no. 2, pp. 148–169, aug. 2020.
[Online]. Available: https://doi.org/10.4067/S0718-50732020000200148
[6] M. M. Theurer, and J. Rodriguez, “Las fibras de carbono como una alternativa para
reforzamiento de estructuras”, Ingeniería, vol. 20, no. 1, pp. 57–62, 2016. [Online].
Available: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=46750927006
[7] Y. S. Mohamed, and A. Abdelbary, “Theoretical y experimental study on the influence
of fiber orientation on the tensile properties of unidirectional carbon fiber/epoxy
composite”, Alexandria Engineering Journal, vol. 67, pp. 693–705, mar. 2023.
[Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.aej.2022.12.058
[8] A. Al-Ridha, A. Atshan, K. Mahmoud, and Q. Hameed, 2019, “Effect of strengthening
of steel beams with variable length by using carbon fiber”, Journal of Engineering, vol.
2019, no. 1, aug. 2019. [Online]. Available: https://doi.org/10.1155/2019/1631692
[9] A. Paz Carvajal, L. M. Rios Gamboa, F. Casanova García, A. Leyton Virgen y J. J.
García Alvarez, “Fabricación y caracterización mecánica de un laminado de fibra de
carbono en matriz de resina epoxi”, Scientia et Technica, vol. 22, no. 3, 2017, pp. 262-
InGenio Journal, 8(2), 107–116116InGenio Journal, 7(2), 1–4 | 10
267, sep. 2017. [En línea]. Disponible en:
https://revistas.utp.edu.co/index.php/revistaciencia/article/view/15081
[10] J. Shi, B. Jia, Y. Ren, X. Zhang, and J. Luo, “Study on the interface constitutive relation
between carbon fiber fabric y steel”, Materials, vol. 13, no. 15, jul. 2020. [Online].
Available: https://doi.org/10.3390/ma13153263
[11] A. Guzanová, J. Brezinová, D. Draganovská, and F. Jaš, “A study of the effect of
surface pre-treatment on the adhesion of coatings”, Journal of Adhesion Science and
Technology, vol. 28, no. 17, pp. 1754–1771, sep. 2014. [Online]. Available:
https://doi.org/10.1080/01694243.2014.920762
[12] J. P. B. van Dam, S. T. Abrahami, A. Yilmaz, Y. Gonzalez-Garcia, H. Terryn, and J. M.
C. Mol, “Effect of surface roughness y chemistry on the adhesion y durability of a steel-
epoxy adhesive interface”, International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 96,
jan. 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2019.102450
[13] A. Al-Saidy, F. W. Klaiber, A. H. Al-Saidy, F W Klaiber, and T. J. Wipf, “Repair of
Steel Composite Beams with Carbon Fiber-Reinforced Polymer Plates”, Journal of
Composites for Construction, vol. 8, no. 2, pp. 163–172, mar. 2004. [Online].
Available: https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2004)8:2(163)
[14] P. Galvez, A. Quesada, M. A. Martinez, J. Abenojar, M. J. L. Boada, and V. Diaz,
“Study of the behaviour of adhesive joints of steel with CFRP for its application in bus
structures”, Composites Part B: Engineering, vol. 129, pp. 41–46, nov. 2017. [Online].
Available: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.07.018
[15] A. Uthaman, G. Xian, S. Thomas, Y. Wang, Q. Zheng, Aand X. Liu, “Durability of an
epoxy resin y its carbon fiber-reinforced polymer composite upon immersion in water,
acidic, y alkaline solutions”, Polymers, vol. 12, no. 3, mar. 2020. [Online]. Available:
https://doi.org/10.3390/polym12030614
[16] R. G. Budynas, and J. K. Nisbett, Shigley’s mechanical engineering design, 9na edición,
McGraw-Hill New York, 2012, pp. 476-480
[17] M. U. Sahin, and M. Dawood, “Experimental Investigation of Bond between High-
Modulus CFRP y Steel at Moderately Elevated Temperatures”, Journal of Composites
for Construction, vol. 20, no. 6, dec. 2016. [Online]. Available:
https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000702
[18] C. J. Higginson, K. G. Malollari, Y. Xu, A. V. Kelleghan, N. G. Ricapito, and P. B.
Messersmith, “Bioinspired Design Provides High‐Strength Benzoxazine Structural
Adhesives”, Angewandte Chemie, vol. 131, no. 35, pp. 12399–12407, jul. 2019.
[Online]. Available: https://doi.org/10.1002/ange.201906008
[19] A. Rudawska, “Mechanical Properties of Selected Epoxy Adhesive y Adhesive Joints of
Steel Sheets”, Applied Mechanics, vol. 2, no. 1, pp. 108–126, mar. 2021. [Online].
Available: https://doi.org/10.3390/applmech2010007
[20] D. Zhang, and Y. Huang, “Influence of surface roughness y bondline thickness on the
bonding performance of epoxy adhesive joints on mild steel substrates”, Progress in
Organic Coatings, vol. 153, apr. 2021. [Online]. Available:
https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2021.106135
Copyright (2025) © Luis Tigmasa Paredes, Carlos Guerra Chiquito, Jordi Escobar Altamirano y Francisco Peña Jordán.
Este texto está protegido bajo una licencia internacional Creative Commons 4.0. Usted es libre para compartir, copiar y
redistribuir el material en cualquier medio o formato. También podrá adaptar: remezclar, transformar y construir sobre el
material. Ver resumen de la licencia.
M
267, sep. 2017. [En línea]. Disponible en:
https://revistas.utp.edu.co/index.php/revistaciencia/article/view/15081
[10] J. Shi, B. Jia, Y. Ren, X. Zhang, and J. Luo, “Study on the interface constitutive relation
between carbon fiber fabric y steel”, Materials, vol. 13, no. 15, jul. 2020. [Online].
Available: https://doi.org/10.3390/ma13153263
[11] A. Guzanová, J. Brezinová, D. Draganovská, and F. Jaš, “A study of the effect of
surface pre-treatment on the adhesion of coatings”, Journal of Adhesion Science and
Technology, vol. 28, no. 17, pp. 1754–1771, sep. 2014. [Online]. Available:
https://doi.org/10.1080/01694243.2014.920762
[12] J. P. B. van Dam, S. T. Abrahami, A. Yilmaz, Y. Gonzalez-Garcia, H. Terryn, and J. M.
C. Mol, “Effect of surface roughness y chemistry on the adhesion y durability of a steel-
epoxy adhesive interface”, International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 96,
jan. 2020. [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2019.102450
[13] A. Al-Saidy, F. W. Klaiber, A. H. Al-Saidy, F W Klaiber, and T. J. Wipf, “Repair of
Steel Composite Beams with Carbon Fiber-Reinforced Polymer Plates”, Journal of
Composites for Construction, vol. 8, no. 2, pp. 163–172, mar. 2004. [Online].
Available: https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0268(2004)8:2(163)
[14] P. Galvez, A. Quesada, M. A. Martinez, J. Abenojar, M. J. L. Boada, and V. Diaz,
“Study of the behaviour of adhesive joints of steel with CFRP for its application in bus
structures”, Composites Part B: Engineering, vol. 129, pp. 41–46, nov. 2017. [Online].
Available: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.07.018
[15] A. Uthaman, G. Xian, S. Thomas, Y. Wang, Q. Zheng, Aand X. Liu, “Durability of an
epoxy resin y its carbon fiber-reinforced polymer composite upon immersion in water,
acidic, y alkaline solutions”, Polymers, vol. 12, no. 3, mar. 2020. [Online]. Available:
https://doi.org/10.3390/polym12030614
[16] R. G. Budynas, and J. K. Nisbett, Shigley’s mechanical engineering design, 9na edición,
McGraw-Hill New York, 2012, pp. 476-480
[17] M. U. Sahin, and M. Dawood, “Experimental Investigation of Bond between High-
Modulus CFRP y Steel at Moderately Elevated Temperatures”, Journal of Composites
for Construction, vol. 20, no. 6, dec. 2016. [Online]. Available:
https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000702
[18] C. J. Higginson, K. G. Malollari, Y. Xu, A. V. Kelleghan, N. G. Ricapito, and P. B.
Messersmith, “Bioinspired Design Provides High‐Strength Benzoxazine Structural
Adhesives”, Angewandte Chemie, vol. 131, no. 35, pp. 12399–12407, jul. 2019.
[Online]. Available: https://doi.org/10.1002/ange.201906008
[19] A. Rudawska, “Mechanical Properties of Selected Epoxy Adhesive y Adhesive Joints of
Steel Sheets”, Applied Mechanics, vol. 2, no. 1, pp. 108–126, mar. 2021. [Online].
Available: https://doi.org/10.3390/applmech2010007
[20] D. Zhang, and Y. Huang, “Influence of surface roughness y bondline thickness on the
bonding performance of epoxy adhesive joints on mild steel substrates”, Progress in
Organic Coatings, vol. 153, apr. 2021. [Online]. Available:
https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2021.106135
Copyright (2025) © Luis Tigmasa Paredes, Carlos Guerra Chiquito, Jordi Escobar Altamirano y Francisco Peña Jordán.
Este texto está protegido bajo una licencia internacional Creative Commons 4.0. Usted es libre para compartir, copiar y
redistribuir el material en cualquier medio o formato. También podrá adaptar: remezclar, transformar y construir sobre el
material. Ver resumen de la licencia.
M